スタンフォード大学の研究チームは、シリコンを使った効果的なパッシブ超薄型レーザーアイソレーターの製造に成功したと発表した。
シリコンベースの集積回路はムーアの法則に従い、半導体技術の進歩を推進することができます。 フォトニック集積回路の出現により、研究者は従来の回路アーキテクチャを超えました。 しかし、安定した信頼性の高いシリコンチップレーザー光源の欠如は、シリコンフォトニック集積回路の可能性を制限する大きな障害となってきました。各レーザービームを不安定にし、後方反射がレーザーに入るのを防ぐために、各レーザービームにはアイソレータが必要です。
従来の光ファイバーや大型の光学システムでは、レーザーのメンテナンスのためにファラデー効果を備えた光アイソレーターがよく使用されます。 この方法はチップに再適用できますが、相補型金属酸化膜半導体 (CMOS) テクノロジと互換性がないため、スケーラビリティは依然として不十分です。 一方で、科学者は非磁性アイソレータ（ファラデー効果に依存しない）の作成も進歩させていますが、これはシステム全体の複雑さと電力消費につながります。
Nature Photonics に掲載された論文の中で、スタンフォード大学の研究者らは、拡張性と CMOS テクノロジーとの互換性をスムーズに達成するには、理想的なアイソレータは完全に受動的で非磁性であるべきであると提案しました。
彼らは、紙よりも何百倍も薄い半導体材料層にシリコン材料を配置できる、シリコン材料を使用して効果的なパッシブチップレベルアイソレータを作成しました。 この集積連続波アイソレータは、量産が容易な一般的な半導体材料である窒化ケイ素 (SiN) で作られており、カー効果を持っています。
カー効果は、等方性材料が電場の作用下で複屈折性になり、光によって引き起こされる電場によって材料の屈折率が変化し、この変化は光放射照度に比例することを示しています。 後者の効果は、同じ強度のレーザービームでより顕著になります。
上記チームの研究結果は、SiN リングの「カー効果」により時計回りモードと反時計回りモード間の縮退が解消され、波が非対称に伝送されることを示しています。 メインのレーザービームは SiN リングを通過し、光子がリングの周りを時計回りに回転します。 同時に、反射されたビームにより光子は反時計回りに回転します。 リング内の循環はエネルギーの蓄積につながります。 パワーの増加は弱いビーム (この場合は反射ビーム) に影響を与えますが、強いビームは影響を受けません。
スタンフォード大学の電気工学教授で上級研究著者のエレナ・ヴコヴォヴィッチ氏と彼女のチームは、概念実証としてプロトタイプを確立し、XNUMX つのリング・アイソレータをカスケード接続して優れた性能を達成することを実証しました。 また、リング共振器の結合を変更することで、結合に関連するアイソレーションと損失のバランスを取ることができると報告した。
次に、研究者らは、さまざまな光周波数を使用してアイソレータをさらに研究する予定であり、チップレベルのアイソレータの他の用途を探索するためにこれらのコンポーネントを削減することに取り組む予定です。
出典 ofweek.com
